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La colisión planetaria que formó la luna hizo posible la vida en la Tierra


La mayoría de los elementos esenciales de la Tierra para la vida, incluida la mayor parte del carbono y el nitrógeno que hay en ti, probablemente provienen de otro planeta.


por la Universidad de Rice


La Tierra probablemente recibió la mayor parte de su carbono, nitrógeno y otros elementos volátiles esenciales para la vida de la colisión planetaria que creó la Luna hace más de 4.400 millones de años, según un nuevo estudio realizado por los petrólogos de la Universidad de Rice en la revista Science Advances .

«Desde el estudio de los meteoritos primitivos, los científicos han sabido durante mucho tiempo que la Tierra y otros planetas rocosos en el sistema solar interior están agotados por la volatilidad», dijo el coautor del estudio, Rajdeep Dasgupta. «Pero el momento y el mecanismo de la entrega volátil se han debatido acaloradamente. El nuestro es el primer escenario que puede explicar el momento y la entrega de manera coherente con todas las pruebas geoquímicas».

La evidencia se recopiló a partir de una combinación de experimentos de alta temperatura y alta presión en el laboratorio de Dasgupta, que se especializa en el estudio de reacciones geoquímicas que tienen lugar dentro de un planeta bajo un intenso calor y presión.

En una serie de experimentos, el autor principal del estudio y estudiante graduado Damanveer Grewal reunió pruebas para probar una teoría de larga data de que los volátiles de la Tierra llegaron de una colisión con un planeta embrionario que tenía un núcleo rico en azufre.

El contenido de azufre del núcleo del planeta donante es importante debido a la desconcertante variedad de evidencia experimental sobre el carbono, el nitrógeno y el azufre que existen en todas las partes de la Tierra que no sean el núcleo.

«El núcleo no interactúa con el resto de la Tierra, pero todo lo que está por encima, el manto, la corteza, la hidrosfera y la atmósfera, están todos conectados», dijo Grewal. «Ciclos de material entre ellos».

Una idea de larga data acerca de cómo la Tierra recibió sus volátiles fue la teoría de la «carilla tardía» de que los meteoritos ricos en volátiles, trozos sobrantes de materia primordial del sistema solar exterior, llegaron después de que se formó el núcleo de la Tierra. Y mientras las firmas isotópicas de los volátiles de la Tierra coinciden con estos objetos primordiales, conocidos como condritas carbonáceas, la proporción elemental de carbono a nitrógeno está desactivada. El material no núcleo de la Tierra, que los geólogos llaman la Tierra de silicato a granel, tiene aproximadamente 40 partes de carbono por cada parte de nitrógeno, aproximadamente el doble de la proporción de 20-1 que se ve en las condritas carbonosas.

Los experimentos de Grewal, que simularon las altas presiones y temperaturas durante la formación del núcleo, probaron la idea de que un núcleo planetario rico en azufre podría excluir carbono o nitrógeno, o ambos, dejando fracciones mucho mayores de esos elementos en el silicato a granel en comparación con la Tierra. En una serie de pruebas en un rango de temperaturas y presión, Grewal examinó la cantidad de carbono y nitrógeno que se convirtió en el núcleo en tres escenarios: sin azufre, 10 por ciento de azufre y 25 por ciento de azufre.

«El nitrógeno no se vio afectado en gran medida», dijo. «Permaneció soluble en las aleaciones en relación con los silicatos, y solo comenzó a ser excluido del núcleo bajo la mayor concentración de azufre».

En contraste, el carbono era considerablemente menos soluble en aleaciones con concentraciones intermedias de azufre, y las aleaciones ricas en azufre absorbían aproximadamente 10 veces menos carbono en peso que las aleaciones sin azufre.

La colisión planetaria que formó la luna hizo posible la vida en la Tierra.
Un estudio realizado por científicos de la Universidad Rice (desde la izquierda) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta y Kyusei Tsuno encontraron que la Tierra probablemente recibió la mayor parte de su carbono, nitrógeno y otros elementos esenciales de la vida de la colisión planetaria que creó la luna. Hace más de 4.400 millones de años. Los hallazgos aparecen en la revista Science Advances . Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

Usando esta información, junto con las relaciones y concentraciones conocidas de elementos tanto en la Tierra como en cuerpos no terrestres, el investigador posdoctoral Chenguang Sun de Dasgupta, Grewal y Rice diseñó una simulación por computadora para encontrar el escenario más probable que produjera los volátiles de la Tierra. Encontrar la respuesta implicó variar las condiciones de inicio, ejecutar aproximadamente mil millones de escenarios y compararlos con las condiciones conocidas en el sistema solar actual.

«Lo que encontramos es que toda la evidencia (firmas isotópicas, la relación carbono-nitrógeno y las cantidades globales de carbono , nitrógeno y azufre en la tierra de silicato a granel) son consistentes con un impacto de formación de luna que involucra a Marte. planeta de tamaño grande con un núcleo rico en azufre «, dijo Grewal.

Dasgupta, el investigador principal en un esfuerzo financiado por la NASA llamado CLEVER Planets que está explorando cómo los elementos esenciales de la vida podrían unirse en planetas rocosos distantes , dijo que comprender mejor el origen de los elementos esenciales de la vida de la Tierra tiene implicaciones más allá de nuestro sistema solar.

«Este estudio sugiere que un planeta rocoso similar a la Tierra tiene más posibilidades de adquirir elementos esenciales para la vida si se forma y crece a partir de impactos gigantes con planetas que han muestreado diferentes bloques de construcción, tal vez de diferentes partes de un disco protoplanetario», dijo Dasgupta. .

«Esto elimina algunas condiciones de frontera», dijo. «Muestra que los volátiles esenciales para la vida pueden llegar a las capas superficiales de un planeta, incluso si se produjeron en cuerpos planetarios que se sometieron a la formación de núcleos en condiciones muy diferentes».

Dasgupta dijo que no parece que el silicato a granel de la Tierra, por sí solo, podría haber alcanzado los presupuestos volátiles esenciales para la vida que produjeron nuestra biosfera, atmósfera e hidrosfera.

«Eso significa que podemos ampliar nuestra búsqueda de caminos que llevan a elementos volátiles que se unen en un planeta para sustentar la vida como la conocemos».


Más información: DS Grewal el al., «Entrega de carbono, nitrógeno y azufre a la tierra de silicato mediante un impacto gigante», Science Advances (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aau3669 , http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaau3669Información de la revista: Science AdvancesProporcionado por la Universidad de Rice


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